超低凈空條件下應(yīng)用錨桿靜壓鋼管樁技術(shù)控制沉降

葛欣銘

上海市機械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

1 工程概況

某已建供能管溝工程在投用后發(fā)現(xiàn)沉降病害，經(jīng)第三方評估機構(gòu)對管溝工程的運營安全狀況進(jìn)行全面的評估，劃定了4個健康度評級，部分區(qū)段健康度評估為4級（最低級），評估結(jié)論建議采取沉降控制措施。

背景工程所在地區(qū)為長江三角洲沖積平原，場地地貌單元屬于濱海平原地貌類型，工程所處區(qū)域土層分布從上至下為：①1雜填土、①2素填土、②褐黃-灰黃色粉質(zhì)黏土、③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③夾灰色砂質(zhì)粉土、④灰色淤泥質(zhì)黏土、⑤1a灰色黏土、⑤1b灰色粉質(zhì)黏土、⑤2灰色砂質(zhì)粉土、⑥暗綠-草黃色粉質(zhì)黏土、⑦1灰綠-草黃色黏質(zhì)粉土。該段管溝結(jié)構(gòu)底板標(biāo)高為－7.05～－4.05 m，位于④淤泥質(zhì)黏土層。

2 工程難點、特點

2.1 工程難點

1）管溝的內(nèi)凈尺寸為高2.8 m、寬4.2 m，并且已存在大量的橋架、管道等設(shè)施，內(nèi)部空間狹小，較大的施工機械難以實施。

2）施工需停能并拆除部分供能管道，利用冷熱供能轉(zhuǎn)換的季節(jié)間隙進(jìn)行施工，停能時間短，故施工要求在1個月內(nèi)完成。

3）樁位的排布受到冷水管支墩、熱水管支架等已有構(gòu)筑物的影響，需要根據(jù)實際情況進(jìn)行特別布置。

2.2 錨桿靜壓樁特點

1）能迅速制止沉降和傾斜，施工過程中不會引起附加沉降。

2）壓樁施工可在凈空受限的狹小空間內(nèi)實施，適用于大型機具無法進(jìn)入的工程。

3）傳荷過程和受力性能明確，能得到每根樁的實際承載力，質(zhì)量可靠[1-4]。

3 工程實施

3.1 方案選擇

3.1.1 ?樁型選擇

樁型采用φ219 mm×7 mm螺旋管鋼管樁，樁身材料選用Q235B鋼材，樁長18～22 m，樁尖進(jìn)入⑥層暗綠-草黃色粉質(zhì)黏土。受到管溝內(nèi)部凈空限制，樁段長度設(shè)為1.6 m，采用焊接接樁，接樁節(jié)點強度不小于樁本身強度；壓樁孔內(nèi)封樁采用C40KL無收縮灌漿料；單樁承載力特征值為280 kN，樁頂預(yù)加反力≥1.1倍單樁承載力。

3.1.2 ?壓樁設(shè)備

樁架所提供的壓樁力，對黏性土宜大于單樁豎向承載力特征值的1.2倍，對其他土則宜大于單樁豎向承載力特征值的1.5倍；本次錨桿靜壓樁樁尖進(jìn)入⑥層暗綠-草黃色粉質(zhì)黏土（鋼管樁底－25.86 m），故選用50 t千斤頂作為壓樁設(shè)備。

由于管溝內(nèi)部凈空高度受到限制，高度僅為2.8 m，所以靜壓樁樁架需經(jīng)過二次改造，樁架高度確定為2.6 m。

3.1.3 ?錨桿選擇

抗拔錨桿選用4M25高強度鋼種植錨桿，錨固長度≥15d（d為錨桿直徑），并采用C40KL無收縮灌漿料作為黏結(jié)劑。

3.1.4?樁的布置

樁位橫向為雙排布置，縱向根據(jù)現(xiàn)場已有構(gòu)筑物的情況按1.5～2.0 m不等間距進(jìn)行布置，橫向為兩側(cè)對稱布置。

3.1.5 ?開鑿壓樁孔

采用φ250 mm金剛石薄壁鉆一次成孔，取出混凝土芯柱，孔壁再用風(fēng)鎬或沖擊鉆打毛。

3.1.6 ?樁段連接方式

接樁采用CO2氣保焊進(jìn)行滿焊，鋼管端部設(shè)置45°坡口，上下樁段之間設(shè)內(nèi)襯圈，確保鋼管同心度及垂直度滿足要求。

3.1.7 ?預(yù)加反力

根據(jù)設(shè)計要求，工程采用預(yù)加反力封樁，樁頂預(yù)加反力≥1.1倍單樁承載力特征值；鋼管壓至設(shè)計深度后，擺放傳力支架及千斤頂，千斤頂按設(shè)計承載力要求加設(shè)預(yù)加反力，澆筑灌漿料；為保證預(yù)加反力的效果，要求在灌漿料終凝前樁架及千斤頂不能撤離，原則上靜置時間應(yīng)大于12 h。

3.1.8 ?封樁形式

上節(jié)樁加封板加焊4根錨筋，在基礎(chǔ)混凝土面層上開槽將錨桿打彎，焊接交叉鋼筋，然后澆筑C40KL無收縮灌漿料。

3.2 方案實施

3.2.1 ?施工工序

鋼管切割加工→樁位放樣→開孔→埋設(shè)錨桿→排水→樁架就位→吊樁入孔→壓樁→焊接→壓樁→記錄→樁長或壓樁力達(dá)到設(shè)計要求停止壓樁→加封板→焊錨筋→錨桿開槽打彎→焊接交叉鋼筋→清孔排水→澆筑C40KL無收縮灌漿料

3.2.2 ?施工準(zhǔn)備

1）根據(jù)現(xiàn)場構(gòu)筑物情況與設(shè)計確定樁位布置后，按平面布置圖測放樁位，平面偏差不得大于10 cm。

2）采用開孔設(shè)備在管溝底板上開設(shè)壓樁孔，壓樁孔為上小下大截頭錐形，上口φ350 mm，下口φ450 mm。

3）樁段制作要求鋼管樁樁身豎直、管子端面平整，坡口為45°，鋼管同心度要好。

4）壓樁架安裝時要保持垂直，應(yīng)均衡擰緊錨固螺栓的螺帽，防止壓樁架晃動。

5）樁尖就位時必須保持垂直，樁段就位后必須加以校正，使千斤頂與樁段軸線保持在同一軸線上，不得偏心受壓。

3.2.3 ?施工過程控制

1）壓樁時，樁頂應(yīng)設(shè)樁墊，樁尖就位時必須保持垂直，樁體垂直偏差不得超過樁段長的1.5%。

2）焊接接樁時，應(yīng)清除表面鐵銹，進(jìn)行滿焊，確保焊接質(zhì)量，焊縫應(yīng)飽滿，無氣孔。

3）壓樁施工不得中途停頓，應(yīng)一次到位，如需中途停頓，樁尖可停留在軟土中，且停留時間不得超過24 h。

4）結(jié)合該段管溝結(jié)構(gòu)所處位置的水位條件和管溝底板埋深，開孔后尤其是壓樁階段應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測和觀察，制訂適當(dāng)?shù)陌踩胧┖蛻?yīng)急預(yù)案，避免地下水涌入管溝內(nèi)部造成水土流失。

5）壓樁實施過程中，樁位施工順序應(yīng)在管溝兩側(cè)交錯推進(jìn)，避免單側(cè)壓樁引起局部管溝結(jié)構(gòu)的傾斜。

3.2.4 ?施工質(zhì)量控制

1）壓樁以樁長和壓樁力作為停止壓樁的標(biāo)準(zhǔn)；樁頂要求嵌入基礎(chǔ)100 mm，如果壓樁力先達(dá)到設(shè)計要求，對于外露的樁頭須進(jìn)行切除。

2）焊接完成封樁鋼蓋板，鋼管樁壓至標(biāo)高，安放反力支架預(yù)加反力；預(yù)加反力的千斤頂在灌漿料終凝后方可撤出。

3）壓樁及預(yù)加反力所用千斤頂?shù)仍O(shè)備在開工前均需進(jìn)行標(biāo)定工作，以確保表顯數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)相符。

4）樁與基礎(chǔ)的連接（封樁）是整個壓樁施工過程中的關(guān)鍵工序，封樁前必須把壓樁孔內(nèi)的雜物清理干凈，排除積水，清除孔壁和樁面的浮漿，以增加黏結(jié)力。

5）壓樁過程應(yīng)做好施工記錄工作，作為工程驗收資料，并可作為后期總結(jié)和單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值驗證的重要依據(jù)。

4 實施效果

4.1 沉樁質(zhì)量

由于受到凈空限制，樁段分割短，故導(dǎo)致焊縫增多等不利情況出現(xiàn)，單樁沉樁時間控制在4.5 h左右；根據(jù)施工數(shù)據(jù)反饋，壓樁力隨著壓樁深度的增加而增加，壓樁深度超過15 m后壓樁力的增長速率明顯增加（圖1），長21 m的鋼管樁壓樁完成時的最終壓樁力在320 kN左右（單樁承載力特征值的1.1倍）。

圖1 壓樁深度與壓樁力曲線

為了有效驗證錨桿鋼管樁單樁承載力情況，在鋼管樁壓至設(shè)計深度后，經(jīng)過24 h靜置，待樁身周圍土體重塑、土體強度恢復(fù)后，對樁身進(jìn)行復(fù)壓試驗。綜合考慮試驗效果及復(fù)壓施加力對樁身可能產(chǎn)生的破壞情況，復(fù)壓施加力選定為承載力特征值的1.3倍，即280×1.3=364 kN進(jìn)行。鋼管樁未被壓動，單樁承載力滿足設(shè)計要求。

4.2 沉降控制

第三方監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，在采取了錨桿靜壓樁的沉降控制措施后，該段管溝沉降由實施前“變化速率為0.04～0.11 mm/d且未收斂”的情況，轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵤┖蟮摹白兓俾蕿?.00～0.02 mm/d且已收斂”（圖2）。

圖2 管溝累計沉降趨勢

由此可見，錨桿靜壓樁的實施對管溝的沉降控制是成功的，取得了預(yù)期的效果。

5 結(jié)語

錨桿靜壓鋼管樁技術(shù)在管溝沉降控制方面的成功應(yīng)用，解決了在管溝內(nèi)部超低凈空條件下施工的難題，有效地控制了管溝的沉降情況，為今后類似的構(gòu)筑物沉降控制提供了寶貴的經(jīng)驗。